论文题目: 高精度恒温箱温度控制理论研究与系统设计
论文类型: 硕士论文
论文专业: 精密仪器及机械
作者: 张宇
导师: 张辉
关键词: 恒温控制,模糊自适应,模糊控制
文献来源: 合肥工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 高精度温度控制对于现代精密测量系统来说具有基础性的重要地位,为此研究一种有效的高精度温度控制系统就具有重大意义。现在一般是使用恒温箱或恒温室为精密仪器提供恒温环境,但是由于其所采用的控制算法不能满足精度要求,所以必须在深入学习现有控制算法的基础上,研究出新的有效的控制策略。本文中主要以PID算法为主要研究对象,为克服PID算法适应能力弱的缺点,结合模糊理论研究了一种基于模糊推理的自适应PID控制算法。文中利用Matlab对不同的控制算法进行了仿真实验,发现基本PID控制最大的缺点就是控制器参数不能随被控对象的改变而改变,因此不能满足在高精度控制领域中时变系统的控制精度要求;而模糊控制以其鲁棒性强,对参数变化不敏感等优点已经在多个领域有着广泛的应用。为此将模糊推理引入到PID控制策略中,仿真试验证明基于模糊推理的自适应PID控制算法提高了传统PID算法的适应能力及控制精度。另外结合项目要求进行了恒温箱的机械结构部分和测量控制部分软硬件的设计。经过机械结构设计使恒温箱内的空气流动变为活塞式气流,保证了恒温箱工作区域内温度场的均匀性。同时结合Labview和Matlab软件,编写出恒温箱温度测量控制软件。编程中使用了Labview的ActiveX技术调用Matlab的脚本节点,利用Matlab强大的数据处理和控制系统工具箱实现了在Labview中对恒温箱进行高级算法控制的目的。最后针对已建立恒温箱系统利用不同的控制策略进行了实验研究。通过对实验数据的研究和分析表明恒温箱内温度的控制稳定性小于0. 05℃,证明本文中所使用的模糊自适应PID控制算法和恒温箱系统设计的合理性和有效性。
论文目录:
第一章 绪论
1．1 课题来源及研究意义
1．2 国内外研究现状
1．2．1 美国 NIST的 MMM
1．2．2 东京大学的 Nano-CMM
1．2．3 韩国 BUPE的超高精度 CMM
1．3 课题研究主要内容
1．3．1 高精密温度控制机理研究
1．3．2 测控系统的设计
1．3．3 实验研究
第二章 PID控制及模糊控制概述
2．1 PID控制概述
2．1．1 模拟 PID控制原理
2．1．2 数字控制 PID控制原理
2．2 PID控制器的参数整定方法
2．2．1 凑试法
2．2．2 扩充临界比例度法
2．2．3 过渡过程响应法
2．3 大纯滞后过程的控制
2．3．1 施密斯(Smith)预估补偿控制
2．4 模糊理论概述
2．5 基本模糊控制器的设计步骤
第三章 恒温箱数学模型的确定及 PID控制仿真
3．1 恒温箱机械结构设计
3．2 恒温箱数学模型的确定
3．3 PID控制的 Matlab仿真
3．3．1 比例控制
3．3．2 比例积分控制
3．3．3 比例积分微分控制
3．4 Smith预估 PID控制算法的仿真
3．5 PID控制算法的不足
第四章 模糊自适应 PID控制器的设计及仿真
4．1 模糊自适应 PID控制器的结构设计
4．2 模糊控制器的语言变量
4．2．1 论域及比例因子的选择
4．2．2 隶属函数的选择
4．3 模糊推理规则的选择和模糊推理
4．4 解模糊
4．5 模糊自适应 PID控制算法的 Matlab仿真
第五章 恒温箱测控系统的硬件设计
5．1 恒温箱控制系统的硬件设计
5．2 温度传感器的选择及信号调理电路设计
5．2．1 AD590集成温度传感器
5．2．2 铂电阻精密温度测量仪表
5．3 制冷元件的选择
5．3．1 半导体制冷原理
5．3．2 恒温箱制冷量的计算
5．3．3 制冷片的选择
5．4 电源的选择
5．5 数据采集卡的选择
第六章 恒温箱测控系统的软件设计
6．1 测量部分软件设计
6．2 控制部分软件设计
第七章 实验结果
7．1 基本 PID控制效果
7．2 模糊自适应 PID调节效果
7．3 实验分析
第八章 小结
8．1 工作小结
8．2 后续工作
参考文献
发布时间: 2005-07-13
参考文献
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